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近日，發(fā)表在《Nature Communications》上的一項(xiàng)研究中，研究人員利用單細(xì)胞RNA測(cè)序深入了解了皰疹病毒，為預(yù)防皰疹感染帶來了新的見解。

如果你的嘴唇開始刺痛發(fā)癢，通常意味著你將患上唇皰疹，這是一種小而令人疼痛的水泡，里面充滿了具有高度傳染性的單純皰疹病毒（HSV）。 單純皰疹病毒1型（HSV-1）是影響人類的九種已知皰疹病毒之一。全球人口中有80％是以靜態(tài)潛伏形式感染的，但該病毒在裂解復(fù)制和再激活過程中可能引起多種疾病。例如新生兒或免疫系統(tǒng)較弱的人，皰疹病毒可引起腦部或肺部炎癥。

來自德國(guó)Max Delbrück分子醫(yī)學(xué)中心（MDC）柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所（BIMSB）的研究團(tuán)隊(duì)使用單細(xì)胞RNA測(cè)序精確檢查了感染期間細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的情況。

抑制皰疹感染

該研究第一作者、BIMSB生物信息學(xué)家Vedran Franke開發(fā)了一種算法，它能夠預(yù)測(cè)單個(gè)細(xì)胞中感染進(jìn)展的概率。研究團(tuán)隊(duì)希望知道是什么因素會(huì)促進(jìn)或延緩感染。他們研究了單細(xì)胞感染進(jìn)展方式的差異，發(fā)現(xiàn)NRF2轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮了主要作用：NRF2的激活會(huì)減緩感染的進(jìn)程。

Franke說：“我觀察到單個(gè)細(xì)胞中每個(gè)基因調(diào)控發(fā)生的變化。這表明，NRF2轉(zhuǎn)錄因子的激活水平可以作為暫時(shí)抵抗HSV-1感染的標(biāo)志?！?/p>

細(xì)胞自身的狀況似乎也起決定作用。他們發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞周期的某些階段它們更容易受到HSV-1感染。

此外，該研究還取得了另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)：目前一種正在對(duì)慢性腎病患者進(jìn)行測(cè)試的藥物可以通過激活NRF2轉(zhuǎn)錄因子抑制皰疹病毒感染。當(dāng)皰疹病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞時(shí)，它會(huì)攜帶自己的遺傳信息。這意味著在被感染的細(xì)胞中人類和病毒的基因均被激活。當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)用甲基巴多索?。╞ardoxolone methyl）治療這些細(xì)胞時(shí)，該病毒的繁殖能力下降，它能激活的自身基因較少，而這些基因通常會(huì)加劇感染。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這是由于藥物對(duì)NRF2轉(zhuǎn)錄因子的影響。

由于人類胚胎腎細(xì)胞生長(zhǎng)穩(wěn)定，因此常用于研究。圖片來源：Felix Petermann，MDC

單細(xì)胞RNA測(cè)序提供的精確數(shù)據(jù)

迄今為止，很少有研究人員像BIMSB團(tuán)隊(duì)那樣全面地研究急性病毒感染。該團(tuán)隊(duì)這項(xiàng)研究工作依賴于MDC自2016年以來一直使用的一種方法：?jiǎn)渭?xì)胞RNA測(cè)序。常規(guī)的測(cè)序方法可以讓研究人員找出細(xì)胞中哪些基因具有活性，但無法觀察到細(xì)胞中的差異。這有點(diǎn)兒像是水果奶昔。Wyler說：“如果將10種水果放入攪拌機(jī)攪拌后讓我品嘗，我只能粗略地說出奶昔中含有黑莓。“而單細(xì)胞RNA測(cè)序則像是在制作水果沙拉。我可以立即識(shí)別出黑莓，并確切地說出沙拉中有多少黑莓?！?/p>

在實(shí)驗(yàn)室中，研究團(tuán)隊(duì)分析了大約12000個(gè)感染了HSV-1的人類皮膚細(xì)胞。新的測(cè)序方法為每個(gè)細(xì)胞生成一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)集，其中包含有關(guān)激活基因的信息。

Wyler說：“如果你有12000個(gè)細(xì)胞和3000個(gè)待分析的基因，那么查看一個(gè)巨大的Excel表格將會(huì)是個(gè)很大的麻煩?！?/p>

研究人員以前使用常規(guī)的RNA測(cè)序技術(shù)來鑒定大約70種在宿主細(xì)胞中被激活的HSV-1基因。Wyler表示，目前為止，只知道基因US1和UL54同時(shí)在一組細(xì)胞中有活性。這項(xiàng)新研究表明，一些細(xì)胞只激活這兩個(gè)基因中的一個(gè)。Wyler說：“但我們不知道為什么只有一個(gè)被激活?！?/p>

圖片來源：《Nature Communications》

這項(xiàng)研究中提出的所有結(jié)果都只能通過單細(xì)胞RNA測(cè)序來實(shí)現(xiàn)。

MDC研究人員使用的“Drop-seq”進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序。圖片來源：Felix Petermann，MDC

未來研究的藍(lán)圖

皰疹病毒是一種很好的研究模型，因?yàn)樗趯?shí)驗(yàn)室中相對(duì)容易操作。作者將他們的工作視為一個(gè)展示單細(xì)胞RNA測(cè)序如何幫助研究人員了解病毒感染的藍(lán)圖。他們已經(jīng)在計(jì)劃與病毒學(xué)家們的合作，使用該方法來研究其他類型的皰疹和冠狀病毒。在人類中，冠狀病毒可引起感冒，有時(shí)還會(huì)引起嚴(yán)重的呼吸道疾病。

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